麥偉雄

（保利長大工程有限公司，廣東 廣州 511431）

1 工程概況

茅窩山隧道位于梅州市梅縣丙村鎮(zhèn)橫石村，設計為小凈距隧道，長689m。隧道穿過丘陵地貌區(qū)，地形起伏大，最大埋深約155.6m，右洞口及洞門存在偏壓，屬于洞口淺埋短隧道。

2 地質條件

隧道位于低緩丘陵區(qū)，地表水不發(fā)育，主要為大氣降雨形成地表水沿山谷匯流，為季節(jié)性地表水。隧址區(qū)地下水類型為第四系松散層孔隙水及基巖裂隙水，分別賦存于坡殘積層、基巖巖層中，水位埋深隨季節(jié)變化。地下水以大氣降雨及側向徑流補給為主，以蒸發(fā)、側向徑流為主要排泄方式。兩端洞口坡形較陡，最大坡角為30～40°，圍巖由坡殘積粉質黏土、泥盤系中下統(tǒng)強風化砂巖、石英砂巖等組成，巖體很破碎，圍巖級別為Ⅴ級。

3 施工方案

3.1 原設計情況

原設計茅窩山隧道采用洞內貫通方案，在兩端洞口修筑便道，施作好套拱、管棚及明洞后進洞，兩端同時掘進。根據(jù)不同圍巖情況采取對應的工法施工，最后在洞內貫通。設計洞口段采用管棚超前支護，管棚為φ108mm×6mm的熱軋無縫鋼尖管，環(huán)向間距為40cm。洞口段設計襯砌類型為XS-Va。

3.2 支護方案

茅窩山隧道采用單向掘進，取消出洞端洞口原設計套拱及φ108mm長管棚，原30m長管棚超前支護范圍變更為雙層注漿小導管超前支護。超前注漿小導管分為2排，第一排外插角為10°，第二排外插角為20°，每排37根，搭接長度≥100cm，每排小導管環(huán)向間距為40cm。超前小導管規(guī)格為φ42mm×4mm，長4.5m。鋼拱架鎖腳錨桿改為長φ42mm小導管，長度為3.5m。小導管施工采用常規(guī)施工方法，但施工中必須保證注漿質量，采用水泥漿液，水灰比為1∶1，終壓為0.5～1MPa。

出洞后為確保洞口段后續(xù)施工安全，對洞口進行加強措施處理，往洞內方向打設2環(huán)φ42mm注漿小導管，小導管長度為5m[1-2]。出洞后在左、右線均增設2榀共1.6m的鋼架初期支護。出洞段雙層超前小導管縱向布置如圖1所示。

圖1 出洞段雙層超前小導管縱向布置圖

3.3 開挖方法

（1）三臺階法開挖。貫通段最后20m施工工法采用CD法開挖，剩余原設計長管棚范圍采用三臺階法七步法開挖。三臺階法七步法施工工藝流程具體如圖2所示。①具體施工流程。第一，采用破碎錘及挖機或弱爆破開挖①部，同時每循環(huán)進尺一次，掌子面噴混凝土封閉，分部施作①部導坑周邊的初期支護，即初噴4cm厚混凝土。第二，架立鋼拱架，施作鎖腳錨桿，鉆設系統(tǒng)錨桿后復噴混凝土至設計厚度。②部開挖緊隨①部預留核心土部位開挖（拉槽開挖）。第三，在滯后于①部一段距離后，破碎錘左右交錯開挖③、④部；噴混凝土封閉掌子面；導坑周邊部分初噴4cm厚混凝土，施作鋼拱架并設鎖腳錨桿；鉆設系統(tǒng)錨桿后復噴混凝土至設計厚度。第四，在滯后于④部一段距離后，破碎錘左右交錯開挖⑤、⑥部；導坑周邊部分初噴4cm厚混凝土，施作鋼拱架并設鎖腳錨桿；鉆設系統(tǒng)錨桿后復噴混凝土至設計厚度。第五，開挖⑦部，⑥部澆筑仰拱及隧底填充（仰拱及隧底填充應分次施作）。根據(jù)監(jiān)控量測結果分析，待初期支護收斂后，利用襯砌鋼模臺車一次性施作拱墻襯砌。②施工注意事項。第一，開挖循環(huán)進尺控制在1～2榀鋼拱架的距離。上臺階高度為3.13m，中臺階高度為3.11m，下臺階高度為2.94m，仰拱開挖高度為1.2m。臺階高度可根據(jù)掌子面圍巖情況適當調整，當掌子面圍巖軟弱穩(wěn)定性差時，適當減小臺階高度；當掌子面圍巖穩(wěn)定性良好時，適當加大臺階高度。是否預留核心土，視掌子面圍巖穩(wěn)定情況而定。第二，施工時應合理控制弧形導洞開挖進度，并采用分部開挖的方式，防止爆破震動過大造成安全隱患。施工時應根據(jù)拱頂下沉監(jiān)測結果，必要時對拱頂設豎向臨時支撐，臨時支撐采用方木，方木下設鋼墊板。第三，施工過程中應嚴格遵循“管超前、漿嚴注、短進尺、弱爆破、強支護、早成環(huán)、勤量測”的原則。第四，二次襯砌的施作應滿足下列要求：水平收斂速率＜0.15mm/d，或拱頂位移速率＜0.1mm/d；施做二次襯砌前的收斂量已達總收斂量的80%以上。

圖2 三臺階七步開挖工序斷面示意圖

（2）CD法開挖。貫通段最后20m即左線L1K6+659～L1K6+679段、右 線K6+630～K6+650段 雙 層小導管超前支護范圍內采用CD法開挖，開挖進尺嚴格控制，按照規(guī)范、圖紙和施工方案要求施工，每循環(huán)進尺不超過2榀[3-4]。采用CD法進行施工時，選擇覆蓋層薄側作為先行洞，左右洞均為面向掌子面右側先行。左洞完成洞口段水泥混合土回填后開始出洞。在出洞施工的整個過程中要加強地表和洞內初支的沉降監(jiān)測，當初支沉降量突然增大時，立即停止施工，撤離人員設備并進行上報；加強超前地質鉆探，了解地質情況，出洞前要安排專人觀測地表變化情況，出洞時避開雨天。①施工工藝流程。第一，右洞先行導坑（面向掌子面右側先行）超前導管支護，先行導坑上臺階開挖，初期支護（初噴混凝土，搭設錨桿，對中巖柱打設錨桿掛鋼筋網(wǎng)，架鋼拱架，復噴混凝土）。第二，右洞先行導坑下臺階開挖，初期支護，對中巖柱打設長錨桿。第三，右洞后行導坑超前導管支護，后行導坑上臺階開挖，初期支護。第四，右洞后行導坑下臺階開挖，開挖完成后進行初期支護。第五，左洞先行導坑超前注漿小導管支護，先行導坑上臺階開挖，初期支護。第六，左洞先行導坑下臺階開挖，初期支護，初期支護施作完成。第七，左洞后行導坑超前導管支護，后行導坑上臺階開挖，初期支護，對中巖柱打設長錨桿。第八，左洞后行導坑下臺階開挖，初期支護，對中巖柱打設長錨桿。第九，拆除導坑臨時支護鋼架，施作仰拱，鋪防水層（土工布、防水板），采用模板臺車全段面一次施作二次襯砌。②施工注意事項。第一，開挖采用單側壁導坑法（CD法）時，側導坑上臺階總長度3～5m。先行導坑與后行導坑應錯開不小于20m的距離，開挖循環(huán)進尺控制在1～2榀鋼拱架的距離，初期支護緊跟開挖面，以人工風鎬或機械開挖為主，配合小藥量的松動爆破開挖。第二，左右線掌子面要錯開2倍洞徑以上的距離，洞口段盡量機械開挖，如果要爆破時嚴格采用微震爆破，后行洞對先行洞最大爆破振動速度v≤8cm/s。第三，在開挖左（右）線隧道時，應做好相應的中間巖體加固措施，隨后開挖右（左）線隧道時，對非貫穿錨桿，打設完成后隨即張拉，并采用微震爆破，防止預應力損失過大。第四，施工過程中應根據(jù)監(jiān)控測量結果，及時調整開挖方式和修正支護參數(shù)，確保安全。第五，二次襯砌的施作同三臺階開挖法要求。第六，考慮到出洞施工的特殊要求，二次襯砌和仰拱到掌子面的距離要在滿足施工要求的前提下盡量縮短。

3.4 支護和襯砌

茅窩山隧道單向出洞的初期支護和二次襯砌施工按照常規(guī)施工方法進行，只對原設計的鎖腳錨桿進行調整。在鋼架安裝完成后，在雙層小導管超前支護范圍內將原設計的鋼拱架鎖腳錨桿替換為φ42mm鎖腳小導管。在拱架兩側同一水平處每側設置2根φ42mm小導管進行鎖腳，每環(huán)8根，長度為3.5m。下插角度控制在與水平面成45°。拱架和鎖腳小導管之間的連接采用鋼筋滿焊焊接，使之成為整體結構，減少拱架下沉。鋼拱架安裝完成后，需對初噴混凝土表面采用高壓風吹凈后再進行二次復噴混凝土，要求鋼拱架背面不留空洞，表面飽滿平順，嚴禁“肋骨”。

3.5 監(jiān)控量測

在施工全過程管理中以監(jiān)控量測為管理依據(jù)，通過監(jiān)控量測數(shù)據(jù)的及時反饋，用以指導設計與施工。根據(jù)設計圖紙及隧道洞口施工實際情況，對地質及初期支護狀態(tài)、周邊位移、拱頂下沉及地表下沉等項目進行監(jiān)控量測。通過監(jiān)控量測，為開挖施工和合理確定二襯施工時間提供可靠的科學依據(jù)[5]。

4 經(jīng)濟和社會效益

該方法較適用于地形受限如陡峭路基與隧道相接、橋隧相接的隧道工程，既節(jié)約了永久和臨時用地，避免產生洞口端的臨時設施（臨時駐地、拌合站、便道等）費用，又避免了大面積的邊仰坡開挖，保護了原生植被，實現(xiàn)零開挖出洞，體現(xiàn)了綠色公路的環(huán)保理念。

5 結束語

文章以茅窩山隧道為例，綜合地質條件、圍巖特性等各方面因素，對單向貫通技術進行了探討研究，采用了雙層小導管超前支護，結合三臺階七步法和CD法進行開挖施工，該隧道順利、安全地實現(xiàn)了單向貫通，為類似工程提供了參考。